(57)【要約】【課題】回路基板の破損を防止し、回路基板に搭載される電子部品を長期にわたり正常かつ安定に作動させること。【解決手段】回路基板は、側面に外側に延出した外部取付用の張出部１ａが複数形成された四角形状の金属製の基体１と、この基体１の上面の張出部１ａを除くほぼ全面にロウ付けされた、四角形状のセラミックス製の絶縁基板２とを具備する回路基板において、張出部１ａは根元側で幅が狭くなっており、基体１は、張出部１ａの根元が絶縁基板２の外周部の直下に入り込むように張出部１ａの根元の両側に切欠き１ｃが形成されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
側面に外側に延出した外部取付用の張出部が複数形成された四角形状の金属製の基体と、該基体の上面の前記張出部を除くほぼ全面にロウ付けされた、四角形状のセラミックス製の絶縁基板とを具備する回路基板において、前記張出部は根元側で幅が狭くなっており、前記基体は、前記張出部の根元が前記絶縁基板の外周部の直下に入り込むように前記張出部の根元の両側に切欠きが形成されていることを特徴とする回路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子、抵抗器、コンデンサ等の電子部品が載置されるセラミックス製の回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子、抵抗器、コンデンサ等の電子部品が載置される回路基板は、図６に上面図で示すように、セラミックス製の絶縁基板２２の上側主面に電子部品を載置するための載置部２２ｂや配線導体２２ａが形成され、下側主面に外部電気回路基板等への取付用の張出部２１ａを有する金属製の基体２１がロウ付けされて設けられている。
【０００３】
基体２１は、例えば鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）等の金属から成り、側面に外側に延出して設けられた外部取付用の張出部２１ａを有している。例えば、この基体２１は、張出部２１ａにネジを挿入するための貫通孔が設けられ、外部電気回路基板にネジ止め固定される。
【０００４】
また、絶縁基板２２は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体等のセラミックスから成り、上側主面に半導体素子、抵抗器、コンデンサ等の電子部品２３を載置するための載置部２２ｂが形成され、載置部２２ｂの周囲に電子部品２３に電気信号を入出力するための配線導体２２ａが形成されている。
【０００５】
配線導体２２ａ，載置部２２ｂは、Ｗやモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属の導体ペーストを焼成することにより形成されたメタライズ層に、厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層や厚さ０．５〜５μｍの金（Ａｕ）層から成る金属被覆層をめっき法等により被着させておくことによって形成される。
【０００６】
また、絶縁基板２２の下側主面にはほぼ全面にわたって、配線導体２２ａおよび載置部２２ｂと同様のＷ，Ｍｏ等の導体ペーストを焼成することにより形成されたメタライズ層に厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層や厚さ０．５〜５μｍのＡｕ層から成る金属被覆層をめっき法等により被着させることにより形成された下部金属層が設けられている。そして、この下部金属層に銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材を介して基体２１がロウ付けされる（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００７】
このような回路基板は、載置部２２ｂに電子部品２３を載置固定し、配線導体２２ａと電子部品２３の電極とをボンディングワイヤ等の電気的接続手段を介して電気的に接続した後、基体２１の張出部２１ａをネジ止め等の手段により外部電気回路基板等に固定することによって各種装置内に組み込まれる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−１２４５５９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の回路基板を外部電気回路基板等に張出部２１ａをネジ止め等の手段により固定すると、張出部２１ａに曲げ応力が発生し、この曲げ応力が張出部２１ａの根元付近の基体２１と絶縁基板２２とのロウ付け部に加わり易くなっていた。曲げ応力がこのロウ付け部に加わると、金属製の基体２１は塑性変形して応力を吸収することができるが、セラミックス製の絶縁基板２２は塑性変形しないために大きな応力となって張出部２１ａの根元付近の絶縁基板２２にクラック等の破損が発生するという問題点を有していた。
【００１０】
絶縁基板２２にクラック等の破損が生じると、配線導体２２ａが断線し、電子部品２３に電気信号を入出力できなくなり、電子部品２３が正常に作動しなくなるという問題点があった。
【００１１】
また、絶縁基板２２に生じた破損が小さなものであっても、電子部品２３から発生する熱や外部の温度変化によって、基体２１および絶縁基板２２が収縮を繰り返し、時間を経るにしたがって破損が大きくなって載置部２２ｂに広がり、電子部品２３を絶縁基板２２に強固に固定できなくなったり、絶縁基板２２の一部が欠け落ちて外部電気回路基板等にも損傷を与える等の不具合が生じ、電子部品２３の作動性をさらに劣化させてしまうという問題点があった。
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、回路基板の破損を防止し、回路基板に搭載される電子部品を長期にわたり正常かつ安定に作動させることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の回路基板は、側面に外側に延出した外部取付用の張出部が複数形成された四角形状の金属製の基体と、該基体の上面の前記張出部を除くほぼ全面にロウ付けされた、四角形状のセラミックス製の絶縁基板とを具備する回路基板において、前記張出部は根元側で幅が狭くなっており、前記基体は、前記張出部の根元が前記絶縁基板の外周部の直下に入り込むように前記張出部の根元の両側に切欠きが形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の回路基板は、基体の張出部は根元側で幅が狭くなっていることにより、張出部を外部電気回路基板等に固定する際、張出部の根元を優先的に変形させることができ、張出部の根元付近の基体と絶縁基板とのロウ付け部に局所的に大きな応力が加わるのを有効に抑制することができる。従って、基体の張出部を外部電気回路基板等にネジ止め等の手段により固定しても、絶縁基板にクラック等の破損が発生するのを有効に抑制することができる。
【００１５】
また、張出部の根元が絶縁基板の外周部の直下に入り込むように張出部の根元の両側に切欠きが形成されていることによって、切欠きの内側に大きな体積のロウ材のフィレットを形成することができ、このフィレットにより、張出部を外部電気回路基板等に固定する際の応力をより有効に緩和することができる。さらに、切欠きの内側のロウ材と基体との接触面積が大きくなるため、ロウ材と基体との密着強度を高めることができ、基体を絶縁基板へ強固に接合させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の回路基板について以下に詳細に説明する。図１は本発明の回路基板について実施の形態の一例を示す上面図であり、図２は図１の回路基板の下面図である。これらの図において、１は金属製の基体、２はセラミックス製の絶縁基板である。
【００１７】
本発明の回路基板は、平面視形状が四角形状のセラミックス製の絶縁基板２の上側主面に電子部品を載置するための載置部２ｂや配線導体２ａが形成されており、絶縁基板２の下側主面には、側面に外側に延出した、外部電気回路基板等への取付用の張出部１ａを有する基体１がロウ付けされている。また、張出部１ａは根元側で幅が狭くなっており、基体１は、張出部１ａの根元が絶縁基板２の外周部の直下に入り込むように張出部１ａの根元の両側に切欠き１ｃが形成されている。
【００１８】
基体１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｃｕ−Ｗ合金等の金属からなる四角形状の平板であり、基体１の側面には外側に延出された、外部電気回路基板等への取付用の張出部１ａが設けられている。この金属製の基体１は、金属のインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に製作される。例えば、この基体１は、張出部１ａにネジを挿入するための貫通孔が設けられることにより、外部電気回路基板にネジ止め固定され得る。
【００１９】
絶縁基板２は、Ａｌ２Ｏ３質焼結体，ＡｌＮ質焼結体，ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質焼結体等のセラミックスから成る。そして、絶縁基板２は、基体１の上面の張出部１ａを除くほぼ全面にロウ付けされている。
【００２０】
ここで、基体１の上面の張出部１ａを除くほぼ全面にロウ付けされているとは以下の状態をいう。即ち、基体１の側面から延出された張出部１ａを除いた四角形状の部位の面積が、絶縁基板２と同じか絶縁基板２よりも小さい場合は、基体１の張出部１ａを除いた四角形状の部位の全面が絶縁基板２にロウ付けされている。また、基体１の張出部１ａを除いた四角形状の部位の面積が、絶縁基板２よりも大きい場合は、基体１の上面のうち絶縁基板２の下面に相当する部位のみがロウ付けされている。
【００２１】
なお、本発明の絶縁基板２の外周は、基体１の張出部１ａを除いた四角形状の部位の外周と同じであってもよく、基体１の厚みや材質、および張出部１ａの幅等によって異なるが、３ｍｍ以内の範囲で外側あるいは内側に位置していてもよい。好ましくは、絶縁基板２の外周は基体１の外周の外側にあるのがよい。これにより、絶縁基板２の下面に形成した下部金属層２ｃと基体１の側面との間に全周にわたって良好なロウ材のフィレットを形成させることができ、絶縁基板２と基体１との接合強度を向上させることができる。
【００２２】
このような絶縁基板２は以下のようにして作製される。例えば、Ａｌ２Ｏ３質焼結体から成る場合、先ずＡｌ２Ｏ３、酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して泥漿状と成す。これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のテープ成形技術により複数のセラミックグリーンシートを得る。
【００２３】
次に、このセラミックグリーンシートに、Ｗ，Ｍｏ等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを、スクリーン印刷法等の厚膜形成技術により印刷塗布して、配線導体２ａ、載置部２ｂを所定パターンに形成する。また、絶縁基板２の下面主面のほぼ全面に下部金属層２ｃを形成する。その後、セラミックグリーンシートを複数枚積層し、これを還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００２４】
配線導体２ａおよび載置部２ｂは、絶縁基板２の上側主面に塗布されたＷ，Ｍｏ等の導体ペーストを焼成することにより形成されたメタライズ層から成り、その表面には、酸化腐食の防止やロウ材との接合強度を向上させるために厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層や厚さ０．５〜５μｍのＡｕ層から成る金属被覆層がめっき法等により被着されているのがよい。
【００２５】
また、絶縁基板２の下側主面にはその全面に基体１と接合するための下部金属層２ｃが形成されている。この下部金属層２ｃは、配線導体２ａおよび載置部２ｂと同様のＷ，Ｍｏ等の導体ペーストを焼成することにより形成されたメタライズ層からなり、その表面には、ロウ材との接合強度を向上させるために厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層や厚さ０．５〜５μｍのＡｕ層から成る金属被覆層がめっき法等により被着されているのがよい。そして、この下部金属層２ｃがＡｇロウ等のロウ材を介して基体１にロウ付けされる。
【００２６】
本発明の基体１は、張出部１ａが根元側で幅が狭い幅狭部１ｂとなっており、張出部１ａの根元が絶縁基板２の外周部の直下に入り込むように張出部１ａの根元の両側に切欠き１ｃが形成されている。
【００２７】
基体１の張出部１ａが根元側で幅が狭い幅狭部１ｂとなっていることにより、張出部１ａを外部電気回路基板等に固定する際、張出部１ａの根元を優先的に変形させることができ、張出部１ａの根元付近の基体１と絶縁基板２とのロウ付け部に局所的に大きな応力が加わるのを有効に抑制することができる。従って、基体１の張出部１ａを外部電気回路基板等にネジ止め等の手段により固定しても、絶縁基板２にクラック等の破損が発生するのを有効に抑制することができる。
【００２８】
また、張出部１ａの根元が絶縁基板２の外周部の直下に入り込むように張出部１ａの根元の両側に切欠き１ｃが形成されていることによって、切欠き１ｃの内側に大きな体積のロウ材のフィレットを形成することができ、このフィレットにより、張出部１ａを外部電気回路基板等に固定する際の応力をより有効に緩和することができる。さらに、切欠き１ｃの内側のロウ材と基体１との接触面積が大きくなるため、ロウ材と基体１との密着強度を高めることができ、基体１を絶縁基板２へ強固に接合させることができる。
【００２９】
また、幅狭部１ｂの幅をＷ２、張出部１ａの幅をＷ１とすると、好ましくは、０．３×Ｗ１≦Ｗ２≦０．９×Ｗ１であるのがよい。この構成により、幅狭部１ｂで基体１を優先的に変形させ、絶縁基板２の張出部１ａの根元とのロウ付け部に局所的に大きな応力が加わるのを有効に抑制することができる。Ｗ２＜０．３×Ｗ１であると、張出部１ａに対し幅狭部１ｂの幅が狭くなり過ぎて、幅狭部１ｂが大きく変形し破断し易くなる。また、Ｗ２＞０．９×Ｗ１であると、幅狭部１ｂで基体１を優先的に変形させることが困難になる。
【００３０】
また、切欠き１ｃの幅Ｗ３は、０．２×Ｗ２≦Ｗ３≦Ｗ２であるのがよい。この構成により、切欠き１ｃの内側に大きな体積のロウ材のフィレットが形成され、このフィレットにより、張出部１ａを外部電気回路基板等に固定する際の応力をより有効に緩和することができる。さらに、切欠き１ｃの内側のロウ材と基体１との接触面積が大きくなるため、ロウ材と基体１との密着強度を高めることができ、基体１を絶縁基板２へ強固に接合させることができる。
【００３１】
Ｗ３＜０．２×Ｗ２であると、切欠き１ｃの幅Ｗ３が狭くなって、切欠き１ｃの内側に良好なロウ材のフィレットを形成するのが困難となる。また、Ｗ３＞Ｗ２であると、切欠き１ｃの幅Ｗ３が広くなりすぎて、回路基板の放熱性が低下したり、接地電位が低下し易くなる。
【００３２】
また、張出部１ａが四角形状の基体１の角部にある場合、図５に示すように張出部１ａの両側の切欠き１ｃの幅は角部側の方が大きくなっているのがよい。これにより、張出部１ａを外部電気回路基板等に固定する際により応力が加わり易い角部側の切欠き１ｃの内側により大きなロウ材のフィレットを形成することができ、このフィレットにより応力をより有効に緩和することができる。その結果、絶縁基板２にクラック等の破損が生じるのをより効果的に抑制できる。
【００３３】
また、好ましくは、図３（ａ）（ｂ）に示すように、絶縁基板２の側面の張出部１ａの直上に位置する部位には、張出部１ａの根元の幅よりも大きい幅の金属層２ｄが形成されているのがよい。これにより、基体１と絶縁基板２とをロウ付けするためのロウ材のフィレットを絶縁基板２の側面の金属層２ｃにも広げることができ、張出部１ａの根元で基体１と絶縁基板２とのロウ材による接合部の面積をより大きくすることができ、基体１と絶縁基板２を強固に接合するとともに、絶縁基板２の張出部１ａの根元とのロウ付け部に加わる応力を分散する効果をより向上させることができる。
【００３４】
この金属層２ｄは、配線導体２ａ，載置部２ｂ，下部金属層２ｃと同様のＷ，Ｍｏ等の導体ペーストを焼成することにより形成されたメタライズ層から成り、その表面には、酸化腐食の防止やロウ材との接合強度を向上させるために厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層や厚さ０．５〜５μｍのＡｕ層から成る金属被覆層がめっき法等により被着されているのがよい。
【００３５】
金属層２ｄは、図３（ａ）のように絶縁基板２の上下主面間にかけて形成されているか、または図３（ｂ）のように絶縁基板２の側面の下側だけに形成されている。絶縁基板２の側面の下側だけに形成されている場合、金属層２ｄの高さｈはｈ≧０．２ｍｍであるのがよい。この構成により、金属層２ｄに良好なロウ材のフィレットを形成することができ、基体１の張出部１ａに加わる曲げ応力をロウ材のフィレット全体に分散させることができる。ｈ＜０．２ｍｍであると、金属層２ｃの高さが小さすぎて、ロウ材のフィレットが小さくなり易く、基体１の張出部１ａに加わる曲げ応力を分散させる効果が小さくなり易い。
【００３６】
また好ましくは、回路基板が大きい場合（縦，横の長さが２０ｍｍ以上の場合）、図４に回路基板の下面図を示すように、基体１の外周部に貫通孔１ｄを設けておくとよく、貫通孔１ｄの側面と下部金属層２ｃとの間にロウ材のフィレットが形成され、回路基板が大きくなっても基体１と絶縁基板２とを強固に接合し、絶縁基板２が基体１から剥離するのを防止することができる。さらに基体１と絶縁基板２との熱膨張差が大きくなる外周部で基体１の体積を減らし、絶縁基板２に基体１との熱膨張差による応力が大きく加わるのを防止でき、回路基板が大きくなっても絶縁基板２にクラック等の破損が生ずるのを有効に防止できる。
【００３７】
かくして本発明の回路基板は、載置部２ｂに電子部品３を載置固定し、配線導体２ａと電子部品３の電極とをボンディングワイヤ等の電気的接続手段を介して電気的に接続した後、基体１の張出部１ａをネジ止め等の手段により外部電気回路基板等に固定することによって各種装置内に組み込まれる。
【００３８】
なお、本発明は以上の実施形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の回路基板は、側面に外側に延出した外部取付用の張出部が複数形成された四角形状の金属製の基体と、この基体の上面の張出部を除くほぼ全面にロウ付けされた、四角形状のセラミックス製の絶縁基板とを具備する回路基板において、張出部は根元側で幅が狭くなっており、基体は、張出部の根元が絶縁基板の外周部の直下に入り込むように張出部の根元の両側に切欠きが形成されていることにより、張出部を外部電気回路基板等に固定する際、張出部の根元を優先的に変形させることができ、張出部の根元付近の基体と絶縁基板とのロウ付け部に局所的に大きな応力が加わるのを有効に抑制することができる。従って、基体の張出部を外部電気回路基板等にネジ止め等の手段により固定しても、絶縁基板にクラック等の破損が発生するのを有効に抑制することができる。
【００４０】
また、張出部の根元が絶縁基板の外周部の直下に入り込むように張出部の根元の両側に切欠きが形成されていることによって、切欠きの内側に大きな体積のロウ材のフィレットを形成することができ、このフィレットにより、張出部を外部電気回路基板等に固定する際の応力をより有効に緩和することができる。さらに、切欠きの内側のロウ材と基体との接触面積が大きくなるため、ロウ材と基体との密着強度を高めることができ、基体を絶縁基板へ強固に接合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回路基板について実施の形態の例を示す上面図である。
【図２】図１の回路基板の下面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は本発明の回路基板について実施の形態の他の例を示す要部拡大側面図である。
【図４】本発明の回路基板について実施の形態の他の例を示す下面図である。
【図５】本発明の回路基板について実施の形態の他の例を示す下面図である。
【図６】従来の回路基板の上面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：張出部
１ｂ：幅狭部
１ｃ：切欠き
２：絶縁基板
２ａ：配線導体
２ｂ：載置部
２ｃ：下部金属層
３：電子部品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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